JP4885932B2 - Granule fluidity measuring apparatus and method - Google Patents
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Description
本発明は、粉粒体の平均粒子径が45μmから850μmという比較的大きな粒子径を持つ粉粒体の流動性を正確に測定する装置及び方法に関するものである。 The present invention relates to an apparatus and method for accurately measuring the fluidity of a granular material having a relatively large particle diameter of 45 to 850 μm.
例えば、高速増殖炉用MOX燃料の製造にあたっては、再処理工程から受け入れた硝酸ウラニルと硝酸プルトニウムの混合溶液から数百ミクロンのMOX(Pu02とU02の混合酸化物)粒子を製造し、次の工程で金型に入れて成型しているが、良好な成型体を得るには粒子を均一に充填する必要がある。このためには、MOX粒子の流動性を正確に測定する必要がある。MOX粒子のような粉粒体の流動性を正確に測定する装置として、従来より振動細管式の粉粒体流動性評価装置が知られている(特許文献1を参照)。
しかし、従来の粉粒体流動性測定装置は、粒子径が250μmより小さい比較的径の小さな粉粒体の測定には有効であるが、造粒後のMOX粒子のように粒子径が250μm以上の比較的径の大きな粉粒体の場合には、必ずしも流動性を正確に測定することができなかった。 However, the conventional particle fluidity measuring apparatus is effective for measuring a relatively small particle having a particle diameter smaller than 250 μm, but the particle diameter is 250 μm or more like MOX particles after granulation. In the case of a granular material having a relatively large diameter, the fluidity cannot always be measured accurately.
本発明の目的は、造粒後のMOX粒子のように、粒子径が最大850μmという比較的大きな粒子を含む粉粒体であっても、その流動性を正確に測定できる粉粒体流動性測定装置を提供することにある。 The object of the present invention is to measure the fluidity of a granular material that can accurately measure the fluidity of a granular material containing relatively large particles with a particle size of up to 850 μm, such as MOX particles after granulation. To provide an apparatus.
本発明は、振動細管式の粉粒体流動性評価装置を用いて粉粒体の流動性を測定する方法である。本方法では、細管を鉛直に対して20°に傾斜させて振動させ、前記細管に、45μmから850μmの粒径の粉粒体であって、少なくとも600μmから850μmの粒径の測定対象の粉粒体を含む測定対象の粉粒体を一定量供給し、前記細管の振動の振幅、及び前記細管の3mmから4mmの径を有する排出口から排出される前記粉粒体の重量を測定し、それらの測定値に基づいて前記粉粒体の流動性を求めるようにしている。The present invention is a method for measuring the fluidity of a granular material using a vibrating capillary type granular material fluidity evaluation apparatus. In this method, the narrow tube is vibrated at an angle of 20 ° with respect to the vertical, and the fine tube has a particle size of 45 μm to 850 μm, and is a particle to be measured having a particle size of at least 600 μm to 850 μm. Supplying a certain amount of the granular material to be measured including the body, measuring the amplitude of the vibration of the thin tube, and the weight of the granular material discharged from the discharge port having a diameter of 3 mm to 4 mm of the thin tube; Based on the measured value, the fluidity of the granular material is obtained.
上述の粉粒体流動性測定方法では、前記粉粒体が、再処理工程において造粒されたMOX粒子であることが好ましい。In the above-described powder particle fluidity measurement method, the powder particles are preferably MOX particles granulated in the reprocessing step.
本発明に係る粉粒体流動性測定装置および方法は、粒径が45μmから850μmの範囲にある粉粒体の流動性測定に適しており、特に、使用済核燃料の再処理工程で造粒されるMOX(PuO2とUO2の混合酸化物)粒子の流動性測定に好適である。 The granular material fluidity measuring apparatus and method according to the present invention are suitable for measuring the fluidity of granular materials having a particle size in the range of 45 μm to 850 μm, and are particularly granulated in the reprocessing step of spent nuclear fuel. This is suitable for measuring the fluidity of MOX (mixed oxide of PuO2 and UO2) particles.
本発明では、細管を鉛直に対して20°傾斜させ、細管の排出口の径を3mmから4mmに設定しているので、粒径が45μmから850μmの粉粒体に対して、正確な流動性測定ができる。 In the present invention, the fine tube is inclined 20 ° with respect to the vertical, and the diameter of the discharge port of the thin tube is set to 3 mm to 4 mm. Therefore, accurate fluidity can be applied to a granular material having a particle size of 45 μm to 850 μm. Can measure.
以下、本発明について、図面を参照しながら説明する。図1は、本発明に係る振動細管式の粉粒体流動性測定装置の概略構成示している。図1(a)は、外見上の装置全体の模式図である。この装置は、実施例として特に詳細に説明する構成を除き、先に説明した国際公開公報であるWO 2006/115145 A1の図1の構成と同一である。また、この装置の基本的な動作についても、実施例として特に詳細に説明する動作を除いて上述の国際公開公報の図1に示された構成の動作と同一である。図1(b)は、角度調節機構101によって、図1(a)の細管10を鉛直に対して20°傾斜させるまでの状態を示している。この粉粒体流動性測定装置1は、測定対象の粉粒体を貯めるためのホッパー11と、粉粒体を排出させるガラス細管10と、ガラス細管10を細管の鉛直方向に対して垂直な方向に振動させる圧電素子すなわちバイブレータ12と、レーザを用いて細管の振動振幅を測定するためのレーザ振動計13およびその制御を行うコントローラ14と、排出粒子量すなわち重量を測定する重量計(ディジタルバランス)15と、レーザ振動計13と重量計15からの測定信号に基づいて流動性を測定評価するためのコンピュータ20から構成される。なお、符号100は細管の排出口であり、ガラス細管の先端で粒子の排出抵抗が最大になるよう先端が絞られている。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of a vibrating tube type powder body fluidity measuring apparatus according to the present invention. FIG. 1 (a) is a schematic diagram of the entire device in appearance. This apparatus is the same as the structure shown in FIG. 1 of WO 2006/115145 A1, which is the international publication described above, except for the structure described in detail as an example. Also, the basic operation of this apparatus is the same as that of the configuration shown in FIG. 1 of the above-mentioned International Publication, except for the operation described in detail as an embodiment. FIG. 1B shows a state until the
コンピュータ20における流動性の測定評価には、流動性プロファイルを使用した。
A fluidity profile was used for measurement and evaluation of fluidity in the
図1(a)の粉粒体流動性測定装置において、ガラス細管の内径を12mm、長さを180mmに設定した。粉粒体流動性測定装置の試験では、排出口径が2mm、3mmおよび4mmの3種類の細管を用意した。それぞれについて同一の条件で流動性の測定を行った。 In the granular material fluidity measuring apparatus of FIG. 1 (a), the inner diameter of the glass capillary was set to 12 mm and the length was set to 180 mm. In the test of the granular material fluidity measuring apparatus, three types of capillaries with discharge port diameters of 2 mm, 3 mm, and 4 mm were prepared. The fluidity was measured under the same conditions for each.
また、実際のMOX粒子の代わりにこれを模擬した粒子を使用した。模擬粒子は、ジルコニアの不定形粒子(粒子密度5800kg/mm3)であり、模擬粒子をふるいに通して、45μm以下、45〜106μm、106〜250μm、250〜425μm、425〜600μmおよび600〜850μmの6つの粒径範囲に分級したのち、表1に示すような組み合わせで、主成分および混入成分を混合し、測定用粉流体のサンプルとした。 In addition, instead of actual MOX particles, simulated particles were used. Simulated particles are amorphous particles of zirconia (particle density 5800 kg / mm 3 ), and the simulated particles are passed through a sieve and are 45 μm or less, 45 to 106 μm, 106 to 250 μm, 250 to 425 μm, 425 to 600 μm and 600 to 850 μm. After being classified into the above six particle size ranges, the main component and the mixed component were mixed in the combinations shown in Table 1 to obtain a measurement powder fluid sample.
図1に示された装置を上述のように設定し、図2に示す手順で測定を行った。まず、細管の排出口径と傾斜角を調節した後(ステップS100)、排出口を可動式粒子落下防止板で塞いで(ステップS200)、この状態で,サンプル粒子を充填し(ステップS300)、初期充填状態のバラツキを抑えるために、バイブレータ12を用いて25秒間加振した(振動加速度300m/s2)(ステップS400)。その後,可動式粒子落下防止板を取り除き、振動周波数を330Hz(装置の共振周波数)で一定とし、振幅が一定の割合で増加する正弦波によりガラス細管10を振動させ、ガラス細管10の振動振幅をレーザ光線を利用した振動計13で計測すると共に、排出される粒子の質量流量を重量計15によって測定した(S500)。そして、これら振動系13の計測信号と重量計15の計測信号に基づいてサンプルの流動性プロファイルを求めた。なお、1回の試験時間は1分以内であり、連続して3回以上の試験を行った後、平均の流動性プロファイルを求めた。
The apparatus shown in FIG. 1 was set as described above, and measurement was performed according to the procedure shown in FIG. First, after adjusting the discharge port diameter and the inclination angle of the narrow tube (step S100), the discharge port is closed with a movable particle fall prevention plate (step S200), and in this state, sample particles are filled (step S300). In order to suppress the variation in the filling state, the
上述のようにして求めたサンプル粒子の典型的な流動性プロファイルを図3に示す。振動加速度が小さな領域では粒子は静止したままであるが、ある値を超えると粒子は急激に流れ始める。加速度をさらに上昇させていくと、質量流量はほぼ一定あるいは微増する傾向を示す。流動性プロファイルの傾きが最大となる2点を通る直線(図3の一点鎖線)を延長して、x軸と交わる点の振動加速度を流動閉始加速度(図3の臨界振動加速度)とした。 A typical fluidity profile of the sample particles determined as described above is shown in FIG. In the region where the vibration acceleration is small, the particles remain stationary, but when they exceed a certain value, the particles start to flow rapidly. As the acceleration is further increased, the mass flow rate tends to be almost constant or slightly increased. The straight line passing through the two points where the gradient of the fluidity profile is maximum (the one-dot chain line in FIG. 3) was extended, and the vibration acceleration at the point intersecting the x axis was defined as the flow closing initial acceleration (critical vibration acceleration in FIG. 3).
上述のようにして測定した流動開始加速度(m/s2)と平均粒子径(μm)の関係を、図4乃至図6に示す。 The relationship between the flow start acceleration (m / s 2 ) and the average particle diameter (μm) measured as described above is shown in FIGS.
図4は、細管の傾斜角を0°にしたときの流動開始加速度と平均粒子径の関係を示したものである。流動閉始加速度は、粒子径の増加に伴い、一且減少して極小値を取り、再び増加する傾向がある。これは、粒子径が小さい場合には付着性が大きいため、粒子の流動を開始させるには、強い加振力が必要になるためである。粒子径が大きい場合には、粒子径に対する排出口径の比が小さくなり、断面積に対する周長の比が大きくなったため、管壁から受ける粒子の抵抗が増加したためと思われる。 FIG. 4 shows the relationship between the flow start acceleration and the average particle diameter when the inclination angle of the narrow tube is 0 °. The flow closing acceleration tends to decrease and take a local minimum and increase again as the particle diameter increases. This is because when the particle diameter is small, the adhesion is large, and thus a strong excitation force is required to start the flow of particles. When the particle diameter is large, the ratio of the discharge port diameter to the particle diameter is decreased, and the ratio of the circumferential length to the cross-sectional area is increased, which is considered to increase the resistance of the particles received from the tube wall.
図5は細管の傾斜角を10°にしたときの流動開始加速度と平均粒子径の関係を示した図である。この場合も、傾斜角0°のときとほぼ同様の傾向が見られた。 FIG. 5 is a graph showing the relationship between the flow start acceleration and the average particle diameter when the inclination angle of the narrow tube is 10 °. In this case, the same tendency as when the inclination angle was 0 ° was observed.
図6は細管の傾斜角を20°とした場合の、流動開始加速度と平均粒子径の関係を示している。細管の排出口径が3mmの場合には、今回の試験で使用した全てのサンプルに対して、流動開始加遠度の値が極端に大きくなったり、小さくなったりしないため、45μmから850μmまでの粒径範囲を通して、安定的な流動性評価が可能であることが分かった。 FIG. 6 shows the relationship between the flow start acceleration and the average particle diameter when the inclination angle of the narrow tube is 20 °. When the discharge diameter of the narrow tube is 3 mm, the flow initiation distance does not become extremely large or small for all the samples used in this test, so particles from 45 μm to 850 μm It was found that stable fluidity evaluation is possible through the diameter range.
以上、本発明について、好適な実施例に基づいて説明したが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。例えば、上述の実施例では、細管の排出口径が3mmの場合と4mmの場合に良好な結果を得ているが、例えば細管の排出口径が3.5mmであってもほぼ同様の結果が得られることは明らかである。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the suitable Example, this invention is not limited to this Example. For example, in the above-described embodiments, good results are obtained when the discharge port diameter of the thin tube is 3 mm and 4 mm. However, for example, substantially the same result can be obtained even when the discharge port diameter of the thin tube is 3.5 mm. It is clear.
1 粉粒体流動性測定装置
10 細管
11 ホッパー
12 バイブレータ(圧電素子)
13 レーザ振動計
14 コントローラ
15 重量計(ディジタルバランス)
20 コンピュータ
21 表示装置
100 細管の排出口
101 細管の角度調節機構
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13
20
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